全息显示装置及电子设备的制作方法

本申请涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种全息显示装置及电子设备。

背景技术：

随着显示技术不断的发展，全息显示技术具有能够满足人眼视觉的全部感知，并且观察者可以不借助头盔、眼睛等辅助装置进行观察的优点，获得了越来越多的关注。但目前的全息显示装置结构比较复杂、体积比较大，不利于集成到便携式电子设备中。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种全息显示装置及电子设备，用以简化全息显示装置的结构，减小全息显示装置的体积，从而利于全息显示装置集成到电子设备中。

本申请第一方面提供了一种全息显示装置，其包括：

光源；

光传输结构，所述光传输结构具有入光区域和出光区域；

第一光子晶体组，设于所述入光区域，所述第一光子晶体组包括多种光子晶体，以用于将所述光源发出的光分成多种不同颜色的光线，且所述多种不同颜色的光线经所述入光区域传输至所述光传输结构内，并经所述出光区域射出；

空间光调制器，设于所述出光区域，用于对从所述出光区域射出的所述多种不同颜色的光线进行调制，以形成全息图像。

在本申请的一种示例性实施例中，还包括第二光子晶体组，所述第二光子晶体组设置在所述出光区域与所述空间光调制器之间，所述第二光子晶体组与所述第一光子晶体组的结构相同。

在本申请的一种示例性实施例中，所述光传输结构包括光纤，所述光纤具有所述入光区域和所述出光区域。

在本申请的一种示例性实施例中，所述光纤包括均匀型光纤，所述均匀型光纤中纤芯各处的折射率相等。

在本申请的一种示例性实施例中，还包括光延时组，所述光延时组设置在所述第一光子晶体组与所述入光区域之间，所述光延时组包括多个光延时单元，各所述光延时单元分别与各所述光子晶体相对应；

其中，所述多种光子晶体中不同种类的光子晶体对应的光延时单元的延时时长不同。

在本申请的一种示例性实施例中，所述多种光子晶体包括能够透过红色光的第一光子晶体、能够透过绿色光的第二光子晶体及能够透过蓝色光的第三光子晶体；

所述多个光延时单元包括与所述第一光子晶体相对应的第一光延时单元、与所述第二光子晶体相对应的第二光延时单元及与所述第三光子晶体相对应的第三光延时单元；

其中，所述第二光延时单元的延时时长小于所述第三光延时单元的延时时长，并大于所述第一光延时单元的延时时长。

在本申请的一种示例性实施例中，所述光纤包括渐变型光纤，在所述渐变型光纤中纤芯的中心至其边缘的方向上，所述渐变型光纤中纤芯的折射率逐渐减小。

在本申请的一种示例性实施例中，所述多种光子晶体包括能够透过红色光的第一光子晶体、能够透过绿色光的第二光子晶体及能够透过蓝色光的第三光子晶体；

在所述渐变型光纤中纤芯的中心至其边缘的方向上，所述渐变型光纤中纤芯包括与所述第三光子晶体相对应的中心区域、与所述第二光子晶体相对应的中间区域及与所述第一光子晶体相对应的边缘区域。

在本申请的一种示例性实施例中，所述第一光子晶体组关于所述渐变型光纤的中心轴镜像对称。

在本申请的一种示例性实施例中，还包括准直器，所述准直器设置在所述出光区域与所述空间光调制器之间。

在本申请的一种示例性实施例中，还包括透镜结构，所述透镜结构设置在所述空间光调制器背离所述光传输结构的一侧。

在本申请的一种示例性实施例中，所述入光区域与所述出光区域在所述光传输结构的轴向上相对设置。

在本申请的一种示例性实施例中，所述入光区域与所述出光区域位于所述光传输结构的同一侧。

本申请第二方面提供了一种电子设备，其包括上述任一项所述的全息显示装置。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的全息显示装置及电子设备，通过设置第一光子晶体组以将光源发出的光分成多种不同颜色的光线，然后再通过光传输结构定向传导至空间光调制器上以形成全息图像，这样使得本实施例的全息显示装置只需一个光源和一个空间光调制器即可实现全息显示，与相关技术中提到的全息显示装置相比，可减少光源和空间光调制器的个数，从而可简化全息显示装置的结构，减小全息显示装置的体积，以实现全息显示装置的小巧化和轻薄化，继而利于全息显示装置集成到体积较小的电子设备中。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请一实施例所述的全息显示装置的结构示意图；

图2示出了本申请实施例所述的使用光延时组后的不同颜色的光线的加载时序图；

图3示出了本申请另一实施例所述的全息显示装置的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所述的渐变型光纤的结构示意图。

附图标记：

10、光源；11a、第一光子晶体组；11b、第二光子晶体组；110、第一光子晶体；111、第二光子晶体；112、第三光子晶体；12、均匀型光纤；13、光延时组；130、第一光延时单元；131、第二光延时单元；132、第三光延时单元；14、渐变型光纤；140、中心区域；141、中间区域；142、边缘区域；15、准直器；16、空间光调制器；17、透镜结构。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

全息显示技术被认为是实现3d显示的最终方案。其中，全息显示技术的原理可概括为：全息图可在空间再现三维虚像或者三维实像，全息图上的每一点均在向空间各个方向传输信息，空间中的每一观察点均可看到整幅的图像。

目前，全息显示技术可分为光学全息术和计算全息术。该光学全息术利用干涉原理，通过引入一个与物光波相关的参考光波与物光波干涉，将物光波的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在某种介质上；然后利用光波衍射的原理，通过光波的衍射，再现原始物光波。而计算全息术是将光学全息原理与计算机技术相结合，使得全息技术的应用更加广泛和灵活，同时光电显示技术的不断发展，实时全息立体显示技术的研究也逐渐向实用方向发展。由计算全息方法得到的数字全息图可以通过高分辨率电寻址空间光调制器和计算机控制实现实时光电再现，为全息图的实时动态再现提供了新的技术基础。

相关技术中，常见的全息显示装置有：时分复用装置(其采用三基色光源分时照明单片空间光调制器进行光学重构)、空分复用装置(其采用三基色光源分别照明三个空间光调制器进行光学重构，在重构平面实现三个单色全息再现像的合成)、空间划分装置、空间叠加装置等，这些全息显示装置的共同特点是需要多个光源或者多个空间光调制器进行光学重构，以形成全息图像，但这样导致全息显示装置结构比较复杂、体积比较大，不利于集成到体积较小的电子设备(例如：手表、手环等可穿戴电子设备)中。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种全息显示装置，可应用于手机、电脑、电视、手表、手环等电子设备中。

本实施例中，如图1和图3所示，该全息显示装置可包括光源10、光传输结构、第一光子晶体组11a及空间光调制器16。其中：

光源10发出的光(如图1和图3中粗体实线箭头所示)可为白光，但不限于此，也可为其他多色光。

光传输结构用于将外界光传输至指定位置。具体地，此光传输结构可具有入光区域和出光区域，外界光可经入光区域传输至光传输结构内，并经出光区域射出。

其中，入光区域与出光区域可在光传输结构的轴向上相对设置，也可位于光传输结构的同一侧，但不限于此，具体可根据全息显示装置中其他结构的排布关系来设计入光区域和出光区域的位置关系，只要能够在不影响全息显示效果的同时，还能够实现缩小全息显示装置的体积即可。

举例而言，此光传输结构可包括光纤，此光纤具有前述提到的入光区域和出光区域，也就是说，本实施中可采用光纤进行光传导，此光纤的传输原理是“光的全反射”，这样可保证光能基本无损失，从而可提高全息显示效果，且该光纤具有极宽的传输频带，可全波段传输。此外，由于光纤能够弯曲，因此，通过采用光纤进行光传导可减小全息显示装置的体积，利于全息显示装置集成在体积较小的电子设备中，例如：手表、手环等可穿戴电子设备中。

需要说明的是，光纤可包括纤芯和套在纤芯外部的护套，此纤芯用于传输光，而护套用于保护纤芯，此护套可为塑料，但不限于此。其中，不同波长的光线穿过光纤纤芯的速度不同。

第一光子晶体组11a可包括光子晶体，该光子晶体是指具有光子带隙(photonicband-gap，简称为pbg)特性的人造周期性电介质结构，所谓的光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播，即这种结构本身存在“禁带”，也就是说，当入射光(即：入射到光子晶体上的光)中光线的频率落在光子带隙中时，该光线不能穿过光子晶体；当入射光中光线的频率没有落在光子带隙中时，该光线可穿过光子晶体。

需要说明的是，由于不同颜色的光线波长不同，且波长与频率相关，因此，为了使第一光子晶体组11a能够将多色光(例如：白光)分成多种不同颜色的光线，该第一光子晶体组11a可包括多种光子晶体，此多种光子晶体指的是多个种类不同的光子晶体，本实施例中，不同种类的光子晶体可允许不同颜色的光线通过，这样在将第一光子晶体组11a设于光传输结构的入光区域时，该第一光子晶体组11a通过多种光子晶体可将光源10发出的光分成多种不同颜色的光线，多种不同颜色的光线可经入光区域传输至光传输结构内，并经出光区域射出。

应当理解的是，各光子晶体允许通过的光线可为红光、绿光、蓝光等单色光，但不限于此，也可为至少两种单色光混合后的多色光。

举例而言，前述提到的光子晶体可为一维光子晶体，但不限于此。该一维光子晶体可通过真空镀膜技术，mocvd(metal-organicchemicalvapordeposition；金属有机化合物化学气相沉淀)技术等方法制备。

而空间光调制器16(spatiallightmodulator，英文缩写：slm)设于光传输结构的出光区域，用于接收从出光区域射出的多种不同颜色的光线，并对接收后的多种不同颜色的光线进行调制，以形成全息图像。具体地，空间光调制器16接收到多种不同颜色的光线后，根据空间光调制器16连接的数据源提供的数据，对多种不同颜色的光线的相位和振幅进行调制，进而能够显示全息图像。

本实施例中，通过设置第一光子晶体组11a以将光源10发出的光分成多种不同颜色的光线，然后再通过光传输结构定向传导至空间光调制器16上，以形成全息图像，这样使得本实施例的全息显示装置只通过一个光源10和一个空间光调制器16即可实现全息显示，与相关技术中提到的全息显示装置相比，可减少光源10和空间光调制器16的个数，从而可简化全息显示装置的结构，减小全息显示装置的体积，以实现全息显示装置的小巧化和轻薄化，继而利于全息显示装置集成到体积较小的电子设备中。

在一实施例中，如图1所示，前述提到的光纤可为均匀型光纤12，此均匀型光纤12中纤芯各处的折射率相等，该均匀型光纤12利用光线在两种不同介质表面上的全内反射原理来限制光在纤芯中的传播，其中，不同波长的光线穿过光纤中纤芯的速度不相同，由于不同颜色的光线波长不同，因此，不同颜色的光线在纤芯中的传输速度不相同。应当理解的是，不同颜色的光线在同一时刻进入到均匀型光纤12中后，先后从出光区域射出，实现了不同颜色光线之间的分离，从而可实现全息显示。

本实施例中，采用均匀型光纤12传导不仅可以保证光能基本无损失，从而提高全息显示效果，而且由于均匀型光纤12成本较低，因此还可降低全息显示装置的成本。

可选地，在光纤为均匀型光纤12时，为了提高全息显示装置的显示效果，如图1所示，全息显示装置还可包括光延时组13，此光延时组13设置在第一光子晶体组11a与均匀型光纤12的入光区域之间，该光延时组13用于对通过第一光子晶体组11a的光线进行延时，然后延时后的光线可通过入光区域进入到均匀型光纤12内并经均匀型光纤12传输至空间光调制器16。

详细说明，此光延时组13可包括多个光延时单元，各光延时单元分别与各光子晶体相对应，应当理解的是，光延时单元与光子晶体可一一对应，如图1所示，但不限于此，也可一个光延时单元对应多个光子晶体，还可一个光子晶体对应多个光延时单元。其中，多种光子晶体中不同种类的光子晶体对应的光延时单元的延时时长不同。由于前述提到不同种类的光子晶体分别允许不同颜色的光线通过，且不同颜色的光线的传输速度不同，因此，通过在不同种类的光子晶体面向入光区域的一侧对应设置具有不同延时时长的光延时单元，这样使得不同颜色的光线可分别通过不同延时时长的光延时单元进行延时，以调整不同颜色的光线进入到均匀型光纤12的时间，从而可使不同颜色的光线的出射时间(此出射时间指的是从出光区域出去时的时间)相差更大，以进一步提高全息显示装置的显示效果。

举例而言，如图1所示，前述提到的多种光子晶体可包括能够透过红色光r(如图1和图3中虚线箭头所示)的第一光子晶体110、能够透过绿色光g(如图1和图3中双点化箭头所示)的第二光子晶体111及能够透过蓝色光b(如图1和图3中单点化箭头所示)的第三光子晶体112；而前述提到的多个光延时单元可包括与第一光子晶体110相对应的第一光延时单元130、与第二光子晶体111相对应的第二光延时单元131及与第三光子晶体112相对应的第三光延时单元132。

其中，红色光r的波长约为780nm～630nm，绿色光g的波长约为570nm～500nm，蓝色光b的波长约为470nm～420nm，很明显可以看出，绿色光g的波长大于蓝色光b的波长并小于红色光r的波长，由于波长与传输速度为正比例关系，因此，绿色光g的传输速度大于蓝色光b的传输速度并小于红色光r的传输速度。

本实施例中，为了使红色光r、绿色光g及蓝色光b之间的出射时间相差更大，可使第二光延时单元131的延时时长小于第三光延时单元132的延时时长并大于第一光延时单元130的延时时长，从而可使绿色光g进入到均匀型光纤12内的时间晚于红色光r进入到均匀型光纤12内的时间并先于蓝色光b进入到均匀型光纤12的时间，如图2所示，这样不仅可以使得红色光r、绿色光g及蓝色光b之间的出射时间相差更大，而且还可缓解红色光r、绿色光g及蓝色光b在均匀性光纤内混合的情况，从而可提高全息显示装置的全息显示效果。

在另一实施例中，如图3和图4所示，前述提到的光纤可包括渐变型光纤14，在渐变型光纤14中纤芯的中心至其边缘的方向上，渐变型光纤14中纤芯的折射率逐渐减小。此外，渐变型光纤14上离其轴心的距离相等的部分，折射率相同。其中，渐变型光纤14中纤芯的折射率与其传输速度为反比例关系，也就是说，在渐变型光纤14中纤芯的中心至其边缘的方向上，渐变型光纤14中纤芯的传输速度逐渐增大。

可选地，渐变型光纤14中纤芯上具有不同折射率的各部分可分别对应不同种类的光子晶体，这样从不同种类的光子晶体透过的光线可分别在纤芯的各部分(此各部分指的是前述提到的具有不同折射率的各部分)中进行传输，这样可调整不同颜色的光线的出射时间，具体地，通过调整各光子晶体与渐变型光纤14之间的设置关系，可使不同颜色的光线的出射时间相差更大，从而可提高全息显示装置的显示效果。

举例而言，前述提到的多种光子晶体可包括能够透过红色光r的第一光子晶体110、能够透过绿色光g的第二光子晶体111及能够透过蓝色光b的第三光子晶体112；在沿着渐变型光纤14中纤芯的中心至其边缘的方向上，第一光子晶体组11a中第三光子晶体112、第二光子晶体111及第一光子晶体110依次设置。

具体地，由于绿色光g的传输速度大于蓝色光b的传输速度并小于红色光r的传输速度，且在渐变型光纤14中纤芯的中心至其边缘的方向上，渐变型光纤14中纤芯的折射率逐渐减小；因此为了使红色光r、绿色光g及蓝色光b之间的出射时间相差更大，本实施例中，在渐变型光纤14中纤芯的中心至其边缘的方向上，如图4所示，该渐变型光纤14中纤芯可包括依次设置的中心区域140、中间区域141及边缘区域142，其中，该第三光子晶体112可与渐变型光纤14中纤芯的中心区域140相对应，第二光子晶体111可与渐变型光纤14中纤芯的中间区域141相对应，第一光子晶体110可与渐变型光纤14中纤芯的边缘区域142相对应，这样不仅可以使得红色光r、绿色光g及蓝色光b之间的出射时间相差更大，而且还可缓解红色光r、绿色光g及蓝色光b在渐变型光纤14内混合的情况，从而可提高全息显示装置的全息显示效果。

此外，由于前述提到渐变型光纤14上离其轴心的距离相等的部分，折射率相同，因此，本实施例中的第一光子晶体组11a可关于渐变型光纤14的中心轴镜像对称，这样在使不同颜色光线之间的出射时间相差更大(即：在实现不同颜色光线之间最大化分成)的同时，还可充分利用渐变型光纤14的结构特点，从而可提高光的利用率，继而可提高全息显示效果。

由于不同颜色的光线在光传输结构内传输时可能会混合在一起，因此，如图1和图3所示，本实施例中的全息显示装置还可包括与第一光子晶体组11a的结构相同的第二光子晶体组11b，此第二光子晶体组11b可设置在光传输结构的出光区域与空间光调制器16之间，用于对从出光区域射出的光线进行进一步分成，避免空间光调制器16接收到的光线存在混合光线，从而导致全息显示效果差的情况。

此外，由于从光传输结构的出光区域射出的光线方向比较杂乱，导致光线利用率较差，从而导致全息显示效果较差，因此，为了提高光线的利用率，提高全息显示效果，如图1和图3所示，本实施例中的全息显示装置还可包括准直器15，该准直器15设置在出光区域与空间光调制器16之间，以用于对从出光区域射出的光线进行准直，使得更多的光线传输到空间光调制器16，并经空间光调制器16调制，以形成全息图像。

其中，如图1和图3所示，本实施例的全息显示装置还可包括透镜结构17，此透镜结构17设置在空间光调制器16背离光传输结构的一侧，该透镜结构17可将空间光调制器16形成的全息图像进行合成，并使合成后的全息图像传达到人眼。举例而言，此透镜结构17可包括多个透镜，但不限于此，也可为单个凸透镜。

基于上述结构，本实施例的全息显示装置的具体工作过程可为：光源10发出的多色光(例如：白光)可经第一光子晶体组11a分成多种不同颜色的光线；多种不同颜色的光线经渐变型光纤14的入光区域进入到渐变型光纤14内进行全反射并通过渐变型光纤14的出光区域射出(或多种不同颜色的光线先经过光延时组13进行延时，然后再通过均匀型光纤12的入光区域进入到均匀型光纤12内进行全反射，并经均匀型光纤12的出光区域射出)；从出光区域射出的多种不同颜色的光线可经准直器15准直后照射至空间光调制器16，并经空间光调制器16进行调制，以形成全息图像；然后该全息图像可经透镜结构17合成后传达到人眼。

此外，本申请实施例还提供了一种电子设备，其包括上述任一实施例所描述的全息显示装置，该电子设备可为手机、平板电脑、手表、手环等便携式电子设备，但不限于此，也可为电视、台式电脑等电子设备。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。